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N'Abend.

Wir versuchen momentan, eine Verfahrwegsmessung eines Schlittens mit einem induktiven Analogsensor (linear) zu realisieren. Am Schlitten ist dazu eine Platte aus St37K schräg angebracht, die diesen Sensor bedämpft. Zum Korrosionsschutz ist die Platte manganphosphatiert.
Leider bekommen wir nicht ganz die Ergebnisse, die wir erwartet hatten. Obwohl die Platte nachweislich plan ist, ist der Stromdurchlaß (4..20mA) des Sensors nicht wirklich linear zum Verfahrweg. Die Werte liegen zwar so eben noch innerhalb des angegebenen Linearitätsfehler des Sensors, wir hatten aber eigentlich etwas "bessere" Ergebnisse erhofft.

Frage nun: Kann die Manganphosphatschicht auf der Platte die Linearität der Ergebnisse negativ beeinflussen? Oder die Randschicht des kaltgezogenen Materials? Sind Euch vielleicht schon einmal solche Abhängigkeiten aufgefallen?

Gruß, Torsten

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Hi Torsten!

kannst du die Strom/Weg-Kurve mal hier rein stellen ? Und vielleicht so gar eine kleine Skizze von deinem Aufbau.. nur um alle Klarheiten zu beseitigen. 

Rein aus dem Bauch raus, hätte ich bei induktiven Sensoren ein eher quadratisches Ergebnis erwartet. Frei nach dem Motto der Strom ist proportional zu der Fläche der überdeckten Feldlinien oder so ähnlich.

Grüße Günter

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Hallo Torsten,

Wir hatten mal eine ähnliche Anordnung, und dabei folgende Erfahrungen gemacht:
- die sogenannte Linearität ist eigentlich nur sehr grob angenähert und nur in einem recht engen Bereich des gesamten Erfassungsbereiches des Sensors gegeben
- Bewegung des Gegenstückes "verschleppt" das Magnetfeld und verfälscht das Messergebnis
- Schmutz, Oxyde, Wasser und sonstige Grauslichkeiten hatten in unserem Fall keinen oder kaum Einfluss auf das Messergebnis (war umgekehrt ja der Grund genau diese Sensorik zu verwenden)

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mfg - Leo

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forum.jpg

Hallo Günter, hallo Leo,

Bild des Aufbaus anbei.

Messbereich des Sensors 1..5mm, daher Gesamtschräge der Platte 4mm.
Verfahrweg des unteren Teils ist 80mm.

Kurve eventuell morgen.

Danke und Gruß, Torsten

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Ich weiss jetzt nicht was "Dein" Hersteller sagt, aber in unserem Fall mussten alle Bauteile weit rund um den Sensor nicht-metallisch sein.

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mfg - Leo

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"Mein" Hersteller sagt: bündig einbaubar.
"Mein" Hersteller ist in diesem Fall übrigens Balluff.
Angegebener Linearitätsfehler +/-120µm. (ca. 5%)

Z.B. von ifm gibt's einen Sensor in derselben Baugröße, wo ein Linearitätsfehler von
nur 1% versprochen wird. Der ist dann nicht mehr bündig einbaubar, und das Befestigungsgewinde fängt erst 10mm hinter dem "Tastkopf" an.
Tja, der paßt dann ohne Nacharbeit dort nicht mehr rein.

Gruß, Torsten

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Noch eine "Bauchgeschichte"...

Die schräge Ebene gefällt ihm definitiv nicht.. Die versprochenen Linearitätsgeschichten wirst du nur mit einer (ziemlich) parallelen Fläche bezogen auf die Sensorfläche bekommen.

Grüße Günter

[Edit:] Optimal wäre, wenn du den Sensor parallel zur Messfläche ausrichten könntest.. ihn sozusagen schräg stellen. Könnte mit einer geringfügig größeren Bohrung im Gehäuse und Kugelpfannen machbar sein, aber auch das ist Nacharbeit...

[Diese Nachricht wurde von GWS am 09. Feb. 2010 editiert.]

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Hallo Günter,

hatten wir auch gedacht. Aber den Sensor senkrecht auf die Fläche auszurichten brachte kein anderes Ergebnis als vorher.

Gruß, Torsten

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Abstandssensor.pdf

So, hier eine aufgenommene Kurve.

Falls noch jemandem was einfällt...

Gruß, Torsten

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Hallo Torsten,

prinzipiell scheint es mir keine gute Idee zu sein, einen Hub von 80mm mit einem "Keilgetriebe" mit einer Übersetzung von 16:1 in einen Hub von 5mm zu wandeln, diese 5mm dann als Messgröße zu nutzen und aus dem Messwert Rückschlüsse auf den 80mm-Hub zu ziehen.
Wenn's genau sein soll, sollte man wohl einen Sensor mit 80mm Hub direkt, also ohne Übersetzung, am Schlitten anbringen.

Bei dem gegebenen Aufbau scheint mir, dass nicht nur der Abstand von der Keiloberfläche Einfluss auf das Messsignal hat, sondern auch die variierende Dicke des Keils und auch die Schraubenlöcher. (Die induktiven Sensoren beruhen ja darauf, in dem Objekt Wirbelströme zu induzieren. Wo weniger Material ist, ist auch weniger Querschnitt, in dem diese Wirbelströme fließen können.)
Da wage ich mal die Vorhersage, dass diese Störgrößen auch mit dem ifm-Sensor keinen Linearitätsfehler von 1% ermöglichen.

Ulrich

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Ist die Meßkurve bei jedem Durchlauf gleich?

wenn ja:

kalibrieren

Also einfach die "krumme" Kurve in eine gerade Kurve umrechnen. Wichtig ist doch nur, daß jeder Wert eindeutig ist. Den Rest macht die software recht zuverlässig. Bei meinem alten Arbeitgeber haben wir auf diese Art immerhin Meßgeräte gebaut, die in Eichbehörden eingesetzt werden.

Wobei mir der Meßfehler von 5% bei einem "Meßgetriebe" von 1:16 auch nicht gefallen würde. Denn dabei wird aus einem Fehler von 5% x 5mm = 0,25mm ein Meßfehler von 5% x 5mm x 16 = 4mm Verfahrstrecke.

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Cheers,
    Jochen

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Erstmal an Jochen:

Ja, die Kurve ist immer nahezu gleich. Insgesamt sind es sogar 4 dieser Sensoren, die alle nahezu gleiche Kurven liefern.
Auf's kalibrieren sind wir natürlich auch gekommen. "Einfach" in die Meßkurve ein 3- oder 4-gradiges Polynom legen, dann könnten wir aus den Strom-Meßwerten mit hinreichender Genauigkeit auf den Verfahrweg schließen. Wir nähmen uns dadurch allerdings einiges an "Einfachkeit" selbst weg, denn der Plan war eigentlich, die Schieber einmal in die beiden Endstellungen zu fahren (deren Weg-Werte wir kennen), und aus den zugehörigen Strom-Meßwerten sofort die erforderliche Gleichung zum Berechnen der Verfahrwege aus den gemessenen Stromwerten zu haben (die Gerade eben). Sind wir aber gezwungen, mit Polynomen zu arbeiten, sind wir auch gezwungen, jeweils Messreihen aufzunehmen, wobei die Wege jeweils von Hand gemessen werden müssen. Beim ursprünglichen Plan wäre eine Kalibrierung der Sensoren sogar automatisch möglich. Beim anderen Weg natürlich nicht mehr.

@Ulrich:
Die Platte hat eine konstante Stärke (siehe oben "kaltgezogen"), die Schräge ist an das untere Aluminiumteil gefräst. Die Kurve sieht für mich auch nicht so aus, als würde die Abweichung von der Geraden durch die Schrauben ausgelöst werden, aber das ließe sich ja austesten.
Ob die Anordnung des Sensors auf diese Weise generell keine gute Idee war, lasse ich hier mal außen vor, aber ich glaube, wenn es einen ähnlich günstigen Sensor gäbe, der 80mm weit messen könnte, dann wäre der auch nicht genauer. Auch der Linearitätsfehler scheint grundsätzlich mit der Größe des Meßbereichs zu wachsen.

Gruß, Torsten
 

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Wie sieht es aus mit einem Winkelmesser? Wie viele Umdrehungen macht die Welle denn? Das wäre mit Sicherheit sehr genau.

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Cheers,
    Jochen

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Schlitten wird hydraulisch verfahren...

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Geht ein glasmaßstab? Also den "Schlitten" fest im Gehäuse montieren, und den Maßstab auf dem Klotz verschieben, ähnlich wie die jetzige schräge Ebene?

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Cheers,
    Jochen

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OK, das hatte ich übersehen, dass da eine planparallele Platte in einer schrägen Nut liegt. Wenn aber das genutete Teil aus einem sehr guten elektrischen Leiter wie Aluminium besteht, könnte es ebenfalls das Messergebnis verfälschen.

Du könntest vielleicht den Sensor in einem Versuchsaufbau irgendwo fixieren und ein metallisches Objekt auf einem Schlitten verfahren (Verfahrrichtung rechtwinklig zur aktiven Fläche des Sensors), wobei außer dem Messobjekt möglichst keine Metallteile in der Nähe sind. Wenn die Kurve dann eine bessere Linearität haben sollte, wäre das wohl ein Zeichen, dass der Sensor eigentlich mehr kann, aber nicht gut mit dem Keil inklusive Unterbau klarkommt.

Ulrich

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Zitat:

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Original erstellt von GWS:

Die schräge Ebene gefällt ihm definitiv nicht..

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Das seh ich auch so.
Diese Anordnung hätte ich mich nicht getraut.

Es könnt aber anders (besser)aussehen, wenn man den induktiven gegen einen optischen Sensor austauscht.
Vielleicht mal bei Keyence oder Wenglor schauen.

Oder mechanisch mit einer Rolle an der Tastspitze

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gruss eberhard

[Diese Nachricht wurde von eberhard am 12. Feb. 2010 editiert.]

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Hallo Torsten,

hast du schon mal an einen Impulsgebersensor gedacht, ähnlich der Drehzahl-Abfrage von Zahnrädern?

Dann braucht man eben eine relativ genau gefertigte Platte mit Nuten, senkrecht stehend zum Sensor.

Könnte klappen.

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mfg Markus

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Hallo,

erstmal danke an alle.
Die Diskussion führt aber IMHO inzwischen etwas in die falsche Richtung.
Ich will nichts umbauen, und ich brauche auch keine Präzisionsmessung.
Wenn's so nicht besser geht, dann machen wir eben eine Polynom-Regression.
Ich wollte nur nicht, daß sich nachher herausstellt, daß ein Abschleifen der Mangan-Phosphat-Schicht, oder der Einsatz von warmgewalzten Material schon eine erhebliche Verbesserung gebracht hätte.

Gruß, Torsten

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Zitat:

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Original erstellt von Torsten Niemeier:
[i...dann machen wir eben eine Polynom-Regression.[/i]

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Hallo Torsten,

das, fürchte ich, wird die Mühe nicht lohnen. Weitere Streuungen über die Produktion sind zu erwarten, oder wollt Ihr jetzt jedes Teil einzeln vermessen? 

Ich habe schon mehrfach solche Geschichten erlebt, wo man versucht hat, ein unzulängliches Messprinzip gesund zu rechnen. Das führt meist zu nur noch mehr Trouble und großem Zeitverlust. Ich würde mich hier damit abfinden, dass diese Methode halt zu mehr nicht taugt, und beim nächsten Mal etwas Besseres machen.

------------------
Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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Hallo Roland,

Zitat:

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Original erstellt von Doc Snyder:
unzulängliches Messprinzip

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Tja, ist das denn hier so?
Erster Schuß -> 5% daneben. (in einigen Bereichen)

Was mache ich denn jetzt? Sollte ich vielleicht erstmal ein paar Sachen versuchen, die nicht viel kosten? Z.B. hier im Forum fragen, ob die Schicht oder das Metallgefüge Einfluß auf die Meßergebnisse haben? Könnte ich vielleicht noch einige andere "Kleinigkeiten" versuchen? Ich glaub' schon!

Nur, weil ich beim ersten Versuch nicht ganz die erwarteten Ergebnisse erziele, werde ich nicht sofort das ganze Meßprinzip über den Haufen werfen.

Denn BTW, ich habe es schon mehrfach erlebt, daß beim kleinsten Piepsen sofort mit Kanonen auf Spatzen geschossen wurde, und hinterher hat sich dann rausgestellt, daß sich das Proplem mit ein paar Groschen lösen läßt.

Gruß, Torsten

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Hallo Thorsten,

Zwar ist Deine Messanordnung etwas ungewöhnlich und bist mit den Ergebnissen nicht zufrieden, aber Du brauchst Dich nicht angegriffen zu fühlen - unsere Kritik kann ja nicht anders klingen als wie Kritik. Also nimm's positiv!

Wie schauts übrigens aus mit dem von mir oben beschriebenen Unterschied zwischen bewegtem Zustand vs. Stillstand?
Bei unserer Anwendung damals war zwar die Geschwindigkeit sehr hoch, hat aber das Messergebniss sehr stark beeinflusst. Und jegliche den Sensor umgebende Metallteile haben die Linearität stark beeinflusst.
Dass eine Oberflächenschicht oder eine bestimmte Stahlqualität die Linearität beeinflusst kann ich mir kaum vorstellen (und wenn dann in sehr sehr geringem Ausmass).
Versenkte Schraubenköpfe die in der Nähe des Sensors vorbeiwandern haben natürlich einen Einfluss.

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mfg - Leo

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Hallo Leo,

so ungewöhnlich ist die Messanordnung eigentlich nicht, wird im Turck-Katalog eigentlich genau so auch beschrieben, und ich habe das so bei Verpackungsmaschinen auch schon gesehen.
Bei bewegtem Teil haben wir bislang noch nicht gemessen, sind noch in der Testphase.
Natürlich helfen mir Eure Ratschläge schon weiter, und ich überlege gerade, wie wir das auf relativ einfache Weise umsetzen könnten.
Ich denke aber, das es vielleicht 'etwas' früh ist, das ganze Meßprinzip über den Haufen zu werfen. Bei Neukonstruktionen treten (jedenfalls bei mir) immer zumindest kleine Probleme auf. Ich habe bislang auch noch nirgends eine Situation vorgefunden, wo das nicht so wäre. Und wenn dann bei jedem Aufflackern einer vermeintlichen Schwierigkeit grundsätzlich ein Komplett-Umbau als erste Option ins Feld geführt würde, könnte man ja von vornerein davon ausgehen, daß die Bauteile der ersten drei bis vier Versuche sowieso im Schrott landen.
Wird schon werden. Wir spielen jedenfalls erstmal mit anderen Variationen der 'Bedämpfungsplatte' herum, bevor über ein Heidenhain nachgedacht wird.

Gruß, Torsten  

[Diese Nachricht wurde von Torsten Niemeier am 13. Feb. 2010 editiert.]

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Hallo Torsten,
ich würde wahrscheinlich ein umgedrehtes T-Profil statt einer Planplatte verwenden, die Befestigung mit den vier Schrauben im _ und mit dem I unter dem Sensor. Hat den Vorteil das im Bereich des Sensors das Material etwas homogener wäre.

Bis demnäx,
Ralf

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[Diese Nachricht wurde von Ralf Tide am 13. Feb. 2010 editiert.]

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Tut mir ja leid, wenn die Wahrheit schmerzt, aber was soll man denn noch sagen, wenn man solche Sätze liest:

Zitat:

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Original erstellt von Torsten Niemeier:
Die Werte liegen zwar so eben noch innerhalb des angegebenen Linearitätsfehler des Sensors, wir hatten aber eigentlich etwas "bessere" Ergebnisse erhofft.

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Wozu hat sich dann da wohl mal jemand hingesetzt und die Eigenschaften des Messgerätes fein säuberlich vermessen und dokumentiert? Das ist doch schon fast eine Beleidungung gegenüber denen, die die Dokumentation erstellt haben!

Und ich finde es albern, ein Messprinzip zu wählen, das allein von den theoretischen Werten schon nicht das Erwünschte tun kann, und dann mit den tollsten Klimmzügen das wieder hinbiegen zu wollen. Das kann man bei einem Großseriengerät tun um irgendwelche mit Millionenstückzahlen multiplizierten Pfennigbeträge zu sparen, aber bei so was?

Ganz abgesehen davon gibt es noch viele weitere Randeinflüsse; die Beschichtung ist davon der allergeringste. Wenn ich allein an Spiel und Verformungen denke. Schau Dir doch mal an, was da in der mechanischen Befestigungskette von Sensor zu Platte alles zwischengeschaltet ist!

Ich sage keinsewegs, dass man bei Schwierigkeiten sofort aufgeben soll, aber man sollte realistisch sein und nicht etwas versuchen, was allein von den Gegenbenheiten unmöglich ist. So zu tun, als könnte man allein durch genügend Mühe mathematisch und physikalisch eindeutige Grenzen durchbrechen, ist vermessen und überheblich gegenüber denjenigen, die vorher korrekt rechnen und prüfen und gleich einen soliden Weg gehen.

Und ich will Dein Messprinzip ja auch keineswegs verwerfen, es ist halt so genau wie es genau ist. Nicht zufrieden damit bist nur Du selber! Vielleicht ist es ja trotzdem gut genug. Nur besser wirst Du es meiner Einschätzung nach kaum mehr machen könnnen. Lies einfach noch mal das Zitat oben von Dir selber...

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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Zitat:

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Wozu hat sich dann da wohl mal jemand hingesetzt und die Eigenschaften des Messgerätes fein säuberlich vermessen und dokumentiert? Das ist doch schon fast eine Beleidungung gegenüber denen, die die Dokumentation erstellt haben!

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Eine Beleidigung wäre es gewesen, wenn ich die 'schlechten' Ergebnisse auf den Sensor geschoben hätte. Habe ich aber zu keinem Zeitpunkt getan. Ich denke, es ist ziemlich deutlich, daß ich auf meiner Seite der Verantwortung nach einer Verbesserungsmöglichkeit suche.

Zitat:

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Und ich finde es albern, ein Messprinzip zu wählen, das allein von den theoretischen Werten schon nicht das Erwünschte tun kann, und dann mit den tollsten Klimmzügen das wieder hinbiegen zu wollen. Das kann man bei einem Großseriengerät tun um irgendwelche mit Millionenstückzahlen multiplizierten Pfennigbeträge zu sparen, aber bei so was?

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Ob das Messprinzip das Erwünschte tun kann werden wir ja noch sehen. Und diese 'tollsten Klimmzüge' werden von einem relativ bekannten Hersteller in dieser Form sogar beworben:

http://www.megatech.at/ireds-34928.html

Wenn diese Form einer nachträglichen Linearisierung aber nicht in Deinem Sinne ist, zwingt Dich ja niemand, sowas zu machen.

Zitat:

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Ganz abgesehen davon gibt es noch viele weitere Randeinflüsse; die Beschichtung ist davon der allergeringste. Wenn ich allein an Spiel und Verformungen denke. Schau Dir doch mal an, was da in der mechanischen Befestigungskette von Sensor zu Platte alles zwischengeschaltet ist!

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Ja, zähl doch mal auf, Roland! Wieviel Spiel habe ich denn zwischen Schlitten und Sensor? Und wie weit werden sich die beiden Teile während des Betriebes aufgrund der Verformung einander annähern oder voneinander entfernen? Du scheinst ja bestens darüber Bescheid zu wissen!

Zitat:

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Ich sage keinsewegs, dass man bei Schwierigkeiten sofort aufgeben soll, aber man sollte realistisch sein und nicht etwas versuchen, was allein von den Gegenbenheiten unmöglich ist. So zu tun, als könnte man allein durch genügend Mühe mathematisch und physikalisch eindeutige Grenzen durchbrechen, ist vermessen und überheblich gegenüber denjenigen, die vorher korrekt rechnen und prüfen und gleich einen soliden Weg gehen.

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Könntest Du mir mal die mathematischen und physikalischen Grenzen erläutern, die ich zu durchbrechen versuche?
Und sollte ich mich hier vermessen und überheblich gegenüber jemandem benommen haben, dann möchte ich mich dafür entschuldigen. Ich kann zwar im Moment wirklich nicht erkennen, wann das passiert sein sollte, aber falls sich jemand negativ berührt fühlte, könnte er mir ja mitteilen, wodurch.
Ich versuche nach wie vor lediglich, ein nicht ganz lineares Meßergebnis etwas linearer zu bekommen. Dazu wollte ich eigentlich aber nicht soweit gehen, Naturgesetze verletzen zu müssen, oder jemandem den Krieg zu erklären.

Zitat:

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Und ich will Dein Messprinzip ja auch keineswegs verwerfen, es ist halt so genau wie es genau ist. Nicht zufrieden damit bist nur Du selber! Vielleicht ist es ja trotzdem gut genug. Nur besser wirst Du es meiner Einschätzung nach kaum mehr machen könnnen. Lies einfach noch mal das Zitat oben von Dir selber...

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Trotz Deiner Einschätzung werde ich doch noch versuchen es etwas 'besser' zu machen. Sollte das dann dazu führen, einfach nur zu lernen, daß es nicht besser geht, hat das ja auch was positives. Und wenn ich dadurch herausfinde, daß es doch besser geht, weiß ich, was ich nächstes mal besser machen muß, und ich könnte Dir sogar stecken, daß Deine Einschätzung falsch war.
Jetzt bin ich hoch motiviert!

Gruß, Torsten

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Zitat:

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    Zitat:
    Ich sage keinsewegs, dass man bei Schwierigkeiten sofort aufgeben soll, aber man sollte realistisch sein und nicht etwas versuchen, was allein von den Gegenbenheiten unmöglich ist. So zu tun, als könnte man allein durch genügend Mühe mathematisch und physikalisch eindeutige Grenzen durchbrechen, ist vermessen und überheblich gegenüber denjenigen, die vorher korrekt rechnen und prüfen und gleich einen soliden Weg gehen.

Könntest Du mir mal die mathematischen und physikalischen Grenzen erläutern, die ich zu durchbrechen versuche?
Und sollte ich mich hier vermessen und überheblich gegenüber jemandem benommen haben, dann möchte ich mich dafür entschuldigen. Ich kann zwar im Moment wirklich nicht erkennen, wann das passiert sein sollte, aber falls sich jemand negativ berührt fühlte, könnte er mir ja mitteilen, wodurch.
Ich versuche nach wie vor lediglich, ein nicht ganz lineares Meßergebnis etwas linearer zu bekommen. Dazu wollte ich eigentlich aber nicht soweit gehen, Naturgesetze verletzen zu müssen, oder jemandem den Krieg zu erklären.

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Nun, dann fangen wir doch einmal an.

1) Es sei auf die übliche Fachliteratur verwiesen, wie Unbehauen, Einführung in die Elektrotechnik, Piefke, Feldtheorie, und last but not least, Fleischmann, Basisiwissen Elektrotechnik.

2) Ich versuche im folgenden, Dir kurz die Wirkungsweise von analogen, induktiven Näherungsindikatoren (NI) zu erklären.

Prinzip: In einem NI wird einem magnetischer Kreis, gebildet aus Spule, einem Kern (und einer magnetischen Rückführung ["Topf"]), und dem Meßobjekt, ggf. als Joch, durch das Meßobjekt Energie entzogen. Die entzogene Energie ist ein (praktisch inverses) Maß für den Abstand zwischen Spule und Meßobjekt.

Im Detail: Der magnetische Kreis wird meist periodisch erregt, vorzugsweise wird die Anregungsfrequenz über einen Schwingkreis erzeugt. Bevorzugt ist die Spule Teil des Schwingkreises.

Die im Meßobjekt wirkende magnetische Feldstärke H nimmt mit zunehmenden Abstand zwischen Spule und Meßobjekt ab.

Entsprechend den im magnetischen Kreis liegenden Materialien wird der durch die Spule erzeugten magnetischen Feldstärke H die magnetischen Induktion B zugeordnet. Bei den meisten ferromagnetischen Materialen ist dies hochnichtlinear, siehe "Magnetisierungskurve". Bei verschwindender Feldstärke H bleibt ein Rest magnetische Induktion übrig, die Ableitung dB/dH ist in der Umgebung von Null am größten (1200..3000 [..4500]) und geht bei "größeren" magentischen Feldstärken gegen eins (war falsch, stand Null!) , sog. Sättigung.

Folgt Deine magnetische Feldstärke der Sinusfunktion, so folgt Deine magnetische Induktion der Sinusfunktion in der Grundfrequenz und höheren harmonischen.

Das Integral entlang der Magnetisierungskurve ist ein Maß für Magnetisierungsverluste. Diese entnehmen dem magnetischen Kreis Energie. Sie sind nichtlinear abhängig von der magnetischen Feldstärke H. (A)

Der Großteil des Energieverlustes ist jedoch sg. "Wirbelstromverlusten" zuzuordnen. (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion)  Die magnetische Induktion B durchsetzt eine Flaeche A. Entlang des Randes dA dieser Fläche würde eine Spannung induziert, die der zeitlichen Änderung des Integrals BdA, dem magnetischen Fluß, entsprechen würde. Diese Spannung wird aber defacto durch den Leiter kurzgeschlossen, dem entsprechend wird ein Strom induziert, welcher die Energie aus dem Magnetfeld in Wärme umsetzt.

Damit ist hier der Energieverlust abhängig vom Quadrat (!) des Stromes, und damit vom Quadrat der zeitlichen Ableitung des mangnetischen Flusses. (B)

Der Skineffekt verdrängt jedoch den (Kurzschluß-)Strom aus dem magnetisch und elektrisch leitenden (Prüf-)Körper und konzentriert diesen an dessen Oberfläche. Damit verringert sich der für den (Kurzschluß-)Strom verfügbare Leiterquerschnitt, und der (Kurzschluß-)Strom nimmt ab, und damit der Energieverlust! 
Dieser Effekt ist abhängig von der Anregungsfrequenz. Je höher die Anregungsfrquenz, desto höher der Skineffekt. Sehr gemein, soweit man höhere Harmonische in der Anregung hat. (B1)

Der Energieverlust als Maß des Abstandes ist immer nichtlinear abhängig von der magnetischen Induktion B, und diese ist bei ferromagnetischen Materialien hoch nichtlinear abhängig von der magnetischen Feldstärke H.

Eine solche Größe kann nicht als Grundlage für ein zuverlässiges Messystem dienen.

3) Du hast St37 als Referenzmaterial verwendet. Dies ist eine Stahlsorte, für die nur einige mechanische Kenngrößen zugesichert sind, sicher keine elektrischen oder magnetischen. Nirgends ist zugesichert, dass die elektrischen und magnetischen Eigenschaften über den gesamten Körper gleich sind. Die magnetischen Eigenschaften sind für beide Effekte, A) und B), wichtig.

Jedes ferromagnetische Material erzwingt Nichtlinearität der Abbildung H->B, und öffnet damit die Büchse der Pandora. Deine Konstruktion ist theoretisch und praktisch nicht zu beherrschen, sie hängt stark von nicht vorhersagbaren Parametern wie der Magnetisierungskurve ab.

4) Falls diese Konstruktion beibehalten werden muß, könntest Du  erzwingen, dass Du -- im wesentlichen --- keine materialbedingten Nichtlinearitäten berücksichtigen mußt, indem Du auf ferromagnetische Materialien verzichtest. Was spricht dagegen, den Klotz aus Leitkupfer zu fertigen, und die dem Sensor zugewandte Seite zu versilbern oder mit Silber(-folie) zu belegen?

5) Dieses Naturgesetz hast Du nicht beachtet: Die Magnetiersierungskurven ferromagnetischer Materialien.

Hans

[Diese Nachricht wurde von adamsh am 16. Feb. 2010 editiert.]

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Danke Hans,

das hilft doch schonmal richtig weiter.
Aber spricht aus Deiner Sicht auch etwas dagegen, mittels eines nichtlinearen Polynoms den (nahezu) genauen Verfahrweg zu berechnen? Vermutlich wird bei den Sensoren, für die ein sehr kleiner Linearitätsfehler versprochen wird, ja genau sowas bereits im Sensor oder in der Auswerteelektronik durchgeführt, denn bei allen Sensoren, die ich bis jetzt gefunden habe, wird St37 als Referenz-Bedämpfungsmaterial genannt.

Gruß, Torsten

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Hallo Torsten,

-Fährt die Platte mittig am Sensor vorbei oder tastet der Sensor nur die Kante vom Keil ab?
Durch die Perspektive ist es nicht so leicht zu sehen.

/Kris

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Moin!

Nachdem nun Hans den vermeintlichen Endschlag  getan hat, versuche ich nun doch noch mal, den Thread ein bisschen in Richtung Realität zurück zu schieben.

Solche Sensoren reagieren üblicherweise am besten auf Stahl und viel schlechter auf Alu, daher halte ich die auf Leitfähigkeit abzielende Idee mit Kupfer und Silber für reichlich abwegig. Genaueres könnte man dazu nur sagen, wenn man den Sensor mal genau genannt bekäme und das zugehörige Datenblatt studieren könnte.

Die "nicht so ganz ideale" mechanische Grundauslegung wurde ja bereits von mehreren Seiten kritisiert. 

Eine Linearisierung ist natürlich möglich, aber das in dem Link (ziemlich aufgebauscht, wie ich finde) beschriebene Verfahren ist ja in den Sensor bereits integriert. Insofern ist es unwahrscheinlich, es mit einer nachgeschalteten erneuten Linearisierung viel besser hinzubekommen. Vielleicht wird es zunächst gehen, aber dann bei einer anderen Umgebungstemperatur nicht mehr stimmen. Ich wäre da jedenfalls lieber skeptisch, als vergebens Mühe zu investieren. Natürlich darfst Du es trotzdem versuchen, ich bezahle ja Eure Arbeitszeit nicht  .

Und wenn ich dann doch noch einen Alternativvorschlag machen darf: nicht so budgetsprengend wie ein Glasmaßstab und trotzdem auch für häufige Bewegungen geeignet und sehr einfach zu montieren sind Linerapotentiometer, z.B. von Penny&Giles.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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Zitat:

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Original erstellt von Torsten Niemeier:
Danke Hans,

das hilft doch schonmal richtig weiter.
Aber spricht aus Deiner Sicht auch etwas dagegen, mittels eines nichtlinearen Polynoms den (nahezu) genauen Verfahrweg zu berechnen?
[/Q]

Da Du nicht sichergestellt hast, dass die Funktion Energieverlust -> Abstand injektiv ist, hast Du nicht die notwendige Vorraussetzung erfüllt, dass diese Funktion bijektiv und damit eindeutig umkehrbar ist!

(Das ist der mathematische Grundsatz, den Du verletzt hast! Gruss an Doc Schneider, obwohl es offensichtlich war!)

[Q]

Vermutlich wird bei den Sensoren, für die ein sehr kleiner Linearitätsfehler versprochen wird, ja genau sowas bereits im Sensor oder in der Auswerteelektronik durchgeführt, denn bei allen Sensoren, die ich bis jetzt gefunden habe, wird St37 als Referenz-Bedämpfungsmaterial genannt.

Gruß, Torsten

---

St37 als das billigste Vertreter der Gruppe weichmagnetischer Werkstoffe (Weicheisen, ja, ist ein elektrischer Fachbegriff!), bringt die größten, meßbaren Abstände... Das ist alles.

Das sagt noch überhaupt nichts über die Parameterempfindlichkeit und Robustheit des Messystems etwas aus.

mfg Hans

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Zitat:

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Original erstellt von Torsten Niemeier:
Danke Hans,

das hilft doch schonmal richtig weiter.
Aber spricht aus Deiner Sicht auch etwas dagegen, mittels eines nichtlinearen Polynoms den (nahezu) genauen Verfahrweg zu berechnen?
[/Q]

Da Du nicht sichergestellt hast, dass die Funktion Energieverlust -> Abstand injektiv ist, hast Du nicht die notwendige Vorraussetzung erfüllt, dass diese Funktion bijektiv und damit eindeutig umkehrbar ist!

(Das ist der mathematische Grundsatz, den Du verletzt hast! Gruss an Doc Schneider, obwohl es offensichtlich war!)

[Q]

Vermutlich wird bei den Sensoren, für die ein sehr kleiner Linearitätsfehler versprochen wird, ja genau sowas bereits im Sensor oder in der Auswerteelektronik durchgeführt, denn bei allen Sensoren, die ich bis jetzt gefunden habe, wird St37 als Referenz-Bedämpfungsmaterial genannt.

Gruß, Torsten

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St37 als das billigste Vertreter der Gruppe weichmagnetischer Werkstoffe (Weicheisen, ja, ist ein elektrischer Fachbegriff!), bringt die größten, meßbaren Abstände... Das ist alles.

Das sagt noch überhaupt nichts über die Parameterempfindlichkeit und Robustheit des Messystems etwas aus.

mfg Hans

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Zitat:

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Original erstellt von Doc Snyder:
Moin!

Solche Sensoren reagieren üblicherweise am besten auf Stahl und viel schlechter auf Alu, daher halte ich die auf Leitfähigkeit abzielende Idee mit Kupfer und Silber für reichlich abwegig. Genaueres könnte man dazu nur sagen, wenn man den Sensor mal genau genannt bekäme und das zugehörige Datenblatt studieren könnte.

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Nun, lieber Doc Schneider, es ist tatsächlich so, dass eine Klasse dieser Sensoren am besten mit ferromagnetischen Gegenflächen bzw. Messobjekten zurecht kommt. Es gibt allerdings auch anderee, die kommen absolut problemlos mit Vollausteniten (u_r=1,00000007 ;-> ) zurecht. Diese eignen sich dann für meinen Vorschlag. Üblicherweise halbiert sich nur der maximal zu messende Abstand.

mfg Hans

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Zitat:

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Original erstellt von Doc Snyder:
Moin!

Solche Sensoren reagieren üblicherweise am besten auf Stahl und viel schlechter auf Alu, daher halte ich die auf Leitfähigkeit abzielende Idee mit Kupfer und Silber für reichlich abwegig. Genaueres könnte man dazu nur sagen, wenn man den Sensor mal genau genannt bekäme und das zugehörige Datenblatt studieren könnte.

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Lieber Doc Schneider, eine Klasse dieser Sensoren arbeitet tatsächlich am besten / nur mit ferromagnetischen Gegenflächen bzw. Messobjekten zusammen. Es gibt allerdings auch welche, die benoetigen keien ferromagentischen Gegenpart, die arbeiten sogar mit Vollausteniten problemlos zusammen (u_r=1,000000...000x). Typischerweise halbiert sich der maximal zu messende Abstand. Diese eignen sich für meinen Vorschlag ;->....

mfg Hans

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Zitat:

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Original erstellt von Doc Snyder:
Moin!

Solche Sensoren reagieren üblicherweise am besten auf Stahl und viel schlechter auf Alu, daher halte ich die auf Leitfähigkeit abzielende Idee mit Kupfer und Silber für reichlich abwegig. Genaueres könnte man dazu nur sagen, wenn man den Sensor mal genau genannt bekäme und das zugehörige Datenblatt studieren könnte.

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Lieber Doc Schneider, eine Klasse dieser Sensoren arbeitet tatsächlich am besten / nur mit ferromagnetischen Gegenflächen bzw. Messobjekten zusammen. Es gibt allerdings auch welche, die benoetigen keien ferromagentischen Gegenpart, die arbeiten sogar mit Vollausteniten problemlos zusammen (u_r=1,000000...000x). Typischerweise halbiert sich der maximal zu messende Abstand. Diese eignen sich für meinen Vorschlag ;->....

mfg Hans

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Zitat:

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Original erstellt von Doc Snyder:
Moin!

Solche Sensoren reagieren üblicherweise am besten auf Stahl und viel schlechter auf Alu, daher halte ich die auf Leitfähigkeit abzielende Idee mit Kupfer und Silber für reichlich abwegig. Genaueres könnte man dazu nur sagen, wenn man den Sensor mal genau genannt bekäme und das zugehörige Datenblatt studieren könnte.

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Lieber Doc Schneider, eine Klasse dieser Sensoren arbeitet tatsächlich am besten / nur mit ferromagnetischen Gegenflächen bzw. Messobjekten zusammen. Es gibt allerdings auch welche, die benoetigen keien ferromagentischen Gegenpart, die arbeiten sogar mit Vollausteniten problemlos zusammen (u_r=1,000000...000x). Typischerweise halbiert sich der maximal zu messende Abstand. Diese eignen sich für meinen Vorschlag ;->....

mfg Hans

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Zitat:

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Original erstellt von Torsten Niemeier:
Danke Hans,

das hilft doch schonmal richtig weiter.
Aber spricht aus Deiner Sicht auch etwas dagegen, mittels eines nichtlinearen Polynoms den (nahezu) genauen Verfahrweg zu berechnen? Vermutlich wird bei den Sensoren, für die ein sehr kleiner Linearitätsfehler versprochen wird, ja genau sowas bereits im Sensor oder in der Auswerteelektronik durchgeführt, denn bei allen Sensoren, die ich bis jetzt gefunden habe, wird St37 als Referenz-Bedämpfungsmaterial genannt.

Gruß, Torsten

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! Antowrt z.Z. nur schwer möglcih, Forumsoftare spinnt!

1) Du hast nicht gezeigt, dass die Funktion Enrergieverlust -> Abstand bei Deinem Material injetiv ist. Damit ist die notwendige Vorraussetzung, dass diese Funktion bijektiv und damit eindeutig umkehrbar ist, nicht gegeben.

2) St37 ist einer der billigsten Vertreter der weichmagnetischen Werkstoffe (sg. Weicheisen). Das ist der Praxis geschuldet, da viele Gewerke in  Baustählen ausgeführt sind. Dies ist noch lange keine Empfehlung für ein robustes und genaues Messystem.

Hans

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@Kris: Die braune Platte verfährt mittig unter dem Sensor.

@Roland:

Naja, vielleicht den Endschlag für ein von vorneherein hinreichend lineares Ergebnis mit diesem Sensor.

http://www.balluff.com/Balluff/de/ProductsChannel/Product+Detail/de/ProductDetail.htm?ProductID=BAW+M18ME-ICC50B-S04G&ProductGroupGuid={BEC7CA38-2A3E-4BCA-90AF-A3AD03175F05}&Produc  tGroupName=Induktive Abstandssensoren

Datenblatt sagt aber kaum mehr aus, als ich schon mitgeteilt habe.

Dies ist übrigens nicht einer der Sensoren, wie sie in dem gelinkten 'Baumer-Pamphlet' beschrieben sind. Wir würden die beschriebene 'Baumer-Linearisierung', die mein Sensor IMHO nicht hat (jedenfalls deutet nichts darauf hin), nachträglich selbst machen wollen. Da ein größerer Temperaturgang auf den ersten Blick nicht zu erwarten ist, wären dann die berechneten Ergebnisse für unseren Fall wohl ausreichend.
Bezüglich des mechanischen Aufbaus:
Wir haben den Sensor senkrecht zur Plattenfläche geneigt: keine Änderung
Wir haben die Platte umgedreht und die Schrauben oben rausstehen lassen: keine Änderung
Für mich sieht es erstmal inzwischen so aus, als wäre die aufgenommene Kennlinie eben die typische Kennlinie dieses Sensors bei diesem Bedämpfungsmaterial.

Gruß, Torsten

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Ich glaube, durch den Serverumzug ist auch hier einiges durcheinandergeraten.
Wollen wir aufräumen? Oder ist es noch zu früh?
Oder vielleicht doch ein Mod hierfür zuständig?

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Hallo Torsten,

das Grundprinzip eines solchen Sensors ist äußerst nichtlinear, da kann ich mir kaum vorstellen, dass sich ohne interne digitale Linearisierung eine Linearität der spezifizierten Qualität erreichen lässt.

Und dass es am Bedämpfungsmaterial liegt, glaube ich ebenfalls nicht. Da ist offenbar St37 Referenz, wie der "Zusatztext 2" in "product detail" belegt.

Tatsächlich aber findet man im Katalog einen großen Temperatureinfluss: -5µm/K typisch, sogar -14µm/K maximal.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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Ich habe gerade mal ein bisschen Google gequält (oder es mich ;-< ):

Bei Kupfer halbieren sich die erkennbaren Abstände, vgl. z.B.: http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&objId=4754085&objAction=csOpen&nodeid0=31624092&lang=de&siteid=cseus&aktprim=0&extranet=standard&viewreg=WW

Hohe Auflösungen sind prinzipielle möglich, allerdings bie "gleichem Ziel". Heißt im Klartext, dass zu messende System muß immer die gleichen elektrischen und magnetischen Eigenschaften haben.

Daher mein Vorschlag mit silberkaschiertem Kupferblech, ein Profil aus St37 wird zwangsweise sehr unterscheidliche magnetische und elektrische Eigenschaften über die Länge haben.

Problem: Zunder ist auch magnetisch! Dürfte hier die Auflösung sicher beeinträchtigen.

Vorgehen für hochgenaue Abstandsmessung mit induktiven analogen Näherungssensor gibt die FhG an: http://www.meis.tu-berlin.de/fileadmin/fg54/AnalogWorkshop/2008/AW_Thoss.pdf

mfg HA

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